Контрольно-измерительные приборы: показывающие, самопишущие, местного и дистанционного действия

В СТОЗ применяют в основном средства общепро­мышленные унифицированные электрические и пневматические сигналы передачи информации.

Средство измерения, с помощью которого измерительная ин­формация выдается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называется измери­тельным прибором. В практике автоматизации для приборов, устанавливаемых на щи­тах, применяется термин «вторичный прибор», т.е. устройство, воспринимающее сигнал от первичного или передающего изме­рительного преобразователя и выражающее его в воспринима­емом виде с помощью отсчетного устройства (шкалы, диаграммы, интегратора и др.).

Совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информа­ции в форме, удобной для обработки, передачи и (или) использования в АСР, называ­ется измерительной системой.

В показывающих приборах измерительная информация вос­производится положе­нием стрелки или какого-либо другого указа­теля относительно отметок шкалы прибора. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположенных вдоль какой-либо ли­нии, и представленных около них чисел отсчета, соответству­ющих ряду последователь­ных значений измеряемой величины.

Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний — об­ласть значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значением.

Любые теплотехнические измерения относительны, поскольку всегда существует положительная и отрицательная раз­ность между наблюдаемым или численным значением измеряемой величины и ее истинным значением, называемая погрешностью. Такимоб­разом, погрешность — это отклонение результата измере­ния от истинного значения из­меряемой величины. Погрешности измерения в зависимости от их происхождения разде­ляются на три группы: систематические, случайные и субъективные.

Систематические погрешности имеют постоянный характер и по причинам воз­никновения делятся: на инструментальные; от неправильной установки средств измере­ний; возникающие вслед­ствие внешних влияний; методические (теоретические).

Инструментальные погрешности являются следствием кон­структивных и техноло­гических погрешностей, а также износа средств измерений.

Конструктивные погрешности вызваны несовершенством кон­струкции или непра­вильной технологией изготовления средств измерений. Плохая балансировка механизма, неточности при на­несении отметок шкалы, некачественная сборка прибора влияют на технологическую погрешность. Конструктивная погрешность приборов одного типа по­стоянна, технологическая — меняется от экземпляра к экземпляру. Длительная или непра­вильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погреш­ностям, которые называют погрешностями износа и старения.

Погрешности от неправильной установки могут быть вызваны: наклоном при­бора, т.е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромаг­нитный щит прибора, граду­ированного без щита; близким расположением приборов друг к друту. Погрешности, возникающие вследствие внешних влияний, зависят от вибра­ции, электромагнитных полей, конвекции воздуха и др.

Наиболее сильное воздействие на показания приборов оказывает изменение темпе­ратуры окружающей среды. Даже незначительные перепады температуры между отдель­ными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, напри­мер, возникновения паразитных термоЭДС. Поэтому не рекомен­дуется устанавливать приборы вблизи источников тепла.

Методические погрешности возникают в результате несовер­шенства методов из­мерений и теоретических допущений (исполь­зование приближенной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, погрешности, обусловленные пре­небрежением внутренним сопротивлением прибора, т.е. пре­небрежением собственным потреблением электроэнергии.

Для исключения погрешности до начала измерений следует определить причину, вызывающую погрешность, и устранить ее.

Случайные погрешности вызываются независящими друг от друга случайными факторами и изменяются случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Проявля­ются случайные погрешности в том, что при измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством измере­ния и с той же тщательностью получают различные показания. Полностью совпадающие, как и сильно разнящиеся, ре­зультаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют об их неточности. Случайные по­грешности могут возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях кинематической схемы прибора, непра­вильного режима работы электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. Знак случайных погреш­ностей выражается в виде ±.

Субъективные погрешности (промахи) — это погрешности, вы­званные ошибками лица, производящего измерение (например, неправильный отсчет по шкале прибора, не­верное подключение проводов к датчику и др.).

Погрешности измерений устанавливаются при поверке метрологическим органом погрешностей средств из­мерений и установления пригодности их к применению Зависи­мость между значениями величин на выходе и входе средства измерения, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характеристикой, оп­ределение которой называется градуировкой средств измерения (термин «тарировка» ус­тарел, и применять его не рекомендуется).

Различают абсолютные и относительные погрешности измере­ния.

Абсолютная по­грешность Д — это разность между измеренным X и истинным Xи значениями измере­ний, которая выражается в еди­ницах измеряемой величины:

Поскольку истинное значение измеряемой величины определить невозможно, на практике используют действительное значение измеряемой величины Х д, которое находят экспериментально по показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, аб­со­лютную погрешность находят по формуле

 

 

Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности изме­рения к истинному (действительному) значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

Абсолютная погрешность измерительного прибора _п — это раз­ность между по­казанием Х_п прибора и истинным значением из­меряемой величины. Поскольку, как указы­валось выше, истин­ное значение величины остается неизвестным, на практике вместо пего пользуются действительным значением величины, отсчи­танным по образцовому при­бору. Таким образом,

 

 

Относительная погрешность измерительного прибора — это отношение аб­солютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой величины. Относитель­ную погрешность выражают в процентах:

 

 

На показания приборов оказывают значительное влияние внешние факторы, назы­ваемые влияющими величинами. Область значений влияющей величины, устанавли­ваемая в стандартах или технических условиях на средства измерения данного вида в каче­стве нормальной для этих средств измерений, называется нор­мальной областью значений. При нормальном значении влияющей величины погрешность средств измере­ний минимальна. Условия применения средств измерений, при которых влияющие вели­чины (температура и влажность окружающей среды, характер вибрации, напряжение пи­тания, величина внешнего магнитно' и электрического поля и т.д.) находятся в пределах нормальной области значений, называются нормальными условиями применения средств измерений. Нормальные условия указываются в технических условиях заводов — изготовителей приборов.

В зависимости от основной погрешности средств измерений присваивают соответст­вующие классы точности.

Класс точности — это обобщенная характеристика средства измерения, определяе­мая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средства измерения, влияющими на точность, значения которых устанавли­вают в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Средства измерений выпускают на следующие классы точ­ности: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0. Класс точно­сти средств из­мерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств (под точностью средств измерений понимают качество измерений, отражающее близость нулю его погрешностей). На циферблаты, шкалы, щитки, корпуса средств изме­рений всегда наносят условные обозначения класса точности, включающие числа и про­писные буквы латинского ал­фавита.

Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшая (без учета знака) погрешность средства изме­рений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Предел допускаемой основной погрешности может выражаться одним из трех способов: в форме абсолютной, отно­сительной и приведенной погрешностей.